堆石混凝土技術在圍灘水電站中的應用

李寶生

（山西省水利建筑工程局，山西 太原 030006）

1 概況

圍灘水電站位于澤州縣金村鎮(zhèn)圍灘泉附近的丹河干流上，距晉城市區(qū)30 km，樞紐工程原設計是漿砌石重力壩，壩頂長116 m，最大壩底寬51 m，壩頂寬8.0 m。壩頂高程480.5 m，壩底高程426.5 m，最大壩高54.0 m。大壩漿砌石量10萬m3，計劃工期為2009年5月—2010年10月，有效施工期14個月，月平均砌筑強度7 200 m3。根據(jù)施工計劃，應在2009年3月開始漿砌石施工，但由于實際地質(zhì)條件與原勘探資料有出入等原因，大壩基礎開挖工程延期，2009年6月開始壩體漿砌石施工，到2009年11月完成壩體砌筑2.5萬m3，月平均砌筑強度4 200 m3，遠低于7 200 m3的計劃平均強度，在計劃工期內(nèi)不可能完成剩余的7.5萬m3漿砌石，而且漿砌石施工質(zhì)量很難控制，經(jīng)常出現(xiàn)返工現(xiàn)象。為保證工程質(zhì)量，加快工程進度，采用堆石混凝土代替了大壩437 m高程以上部分的7.5萬m3漿砌石壩體填筑料。

2 堆石混凝土施工技術

堆石混凝土施工技術是利用自密實混凝土的高流動、抗分離性能好以及自流動的特點，在粒徑較大的塊石內(nèi)隨機充填自密實混凝土而形成的混凝土堆石體。與漿砌石施工技術比較，堆石混凝土施工技術具有以下優(yōu)點：一是堆石混凝土中的自密實混凝土具有更強的流動性、穿透性，與砂漿相比，更容易充填到塊石的縫隙中，砌體密實性更好，更能保證壩體的施工質(zhì)量。二是堆石混凝土施工機械化程度高，對塊石塊徑要求低，特別適合大體積壩體施工，日強度可達到2 000～3 000 m3，施工效率大大提高。三是堆石混凝土用機械化施工代替了傳統(tǒng)的人工施工方法，便于施工管理。四是具有水泥用量少、體積穩(wěn)定性好、層間抗剪能力強等優(yōu)點。但堆石混凝土施工成本略高于漿砌石，按照市場行情，漿砌石施工成本約220～235元/m3，堆石混凝土施工成本約250～270元/m3，高于漿砌石30～35 元/m3。

3 施工方法

堆石混凝土施工工序主要有倉面清理、模板制安、石料開采運輸、石料堆筑、自密實混凝土拌制、澆筑等。

3.1 石料開采運輸

堆石用石料場位于交通洞2號出口至3號進口中間，距大壩下游約1 500 m，料場巖石主要巖性為灰?guī)r。石料采用潛孔鉆深孔爆破開采，分兩次運輸。毛料采用挖掘機裝車，20 T自卸汽車運輸至儲料場；用挖機在儲料場選取合格石料裝車，20 T自卸汽車沿上壩道路運至壩面。上壩道路于大壩上游左側(cè)緊靠山體填筑，隨壩體上升。

3.2 倉面清理

施工前，對施工倉面進行清理。倉面清理由裝載機配合人工完成，清理后的倉面要求清潔，無積水、無碎渣。

3.3 模板制安

用M10漿砌石代替施工模板，先按照設計圖紙測放堆石混凝土邊線，沿邊線砌筑約1.2 m高的M10漿砌石擋墻，左岸上游連接上壩路的位置預留5 m左右缺口，作為石料運輸通道，塊石堆滿倉面后用漿砌石封堵預留缺口。

3.4 石料堆筑

堆石料清除表面泥土后運至清理好的倉面，由挖機進行石料堆筑。堆筑過程中要盡量使塊石大小搭配合理，堆筑面盡量平整，厚度1.2～1.5 m。

3.5 自密實混凝土澆筑

自密實混凝土所用材料為42.5普通硅酸鹽水泥、5～20 cm小石子、人工砂、粉煤灰、專用外加劑。專用外加劑及混凝土配合比嚴格按照配料單進行配料，攪拌時間不低于90 s。當氣溫低于15℃時，攪拌時間不低于120 s。

自密實混凝土采用混凝土輸送泵直接入倉，輸送泵安裝在攪拌機附近，通過溜槽將混凝土送至泵內(nèi)。管道在上游面板0+55.5附近垂直上壩，再沿倉面布置，并隨倉面澆筑情況安拆泵管。澆筑點均勻布置于整個倉面，自倉面一側(cè)依次向另一側(cè)澆筑。每個澆筑點的自密實混凝土填滿后移至下一個澆筑點，澆筑順序應做到單向順序，不可在倉面上往復澆筑。每一倉的澆筑頂面留有塊石棱角，便于與下一倉的粘結(jié)。

3.6 堆石混凝土養(yǎng)護

堆石混凝土澆筑6～18 h內(nèi)灑水養(yǎng)護，養(yǎng)護期間始終保持表面濕潤，2 d后或者混凝土抗壓強度不低于5 MPa時進行下一層施工。

4 質(zhì)量控制

通過對塊石、自密實混凝土、堆石混凝土相關性能指標的檢測，對大壩堆石混凝土質(zhì)量進行動態(tài)控制。

4.1 塊石質(zhì)量控制

塊石入倉前清除表面泥土，最大粒徑1 000 mm，最小粒徑300 mm，表觀密度2.79～2.92 g/cm3，抗壓強度118 MPa，軟化系數(shù)大于0.67。

4.2 自密實混凝土質(zhì)量控制

自密實混凝土設計指標為R28C15F150W8，實測指標均滿足設計要求，檢測結(jié)果見表1。

表1 自密實混凝土性能指標檢測結(jié)果

4.3 堆石混凝土質(zhì)量控制

通過現(xiàn)場密度檢測控制，堆石混凝土密度為2 450 kg/m3。首先在試驗段采用核子密度儀和試坑法對應檢測堆石混凝土密度，通過比較確定核子密度儀與試坑法檢測曲線及核子密度儀檢測最小控制值。試驗段布置在壩體中部靠近下游，長10 m、寬9 m、高1.2 m，按3～4 m的間距布置檢測點5個，堆石混凝土初凝后，先用核子密度儀檢測堆石混凝土密度，再以該測點為中心采用試坑法進行檢測。用核子密度儀檢測時，預先在深度30 cm處埋設PE管作為核子密度儀測點位置進行檢測。用試坑法檢測時，參考《漿砌石壩施工技術規(guī)定》，所用套環(huán)內(nèi)徑為138 cm，環(huán)高20 cm，試坑最大直徑約110 cm，最大深度約60 cm，采用先風鎬打孔再撬挖取石的辦法挖坑，并采用灌水法測試坑體積。檢測結(jié)果見表2。

表2 堆石混凝土物理指標檢測表

從以上試驗檢測數(shù)據(jù)得出：試驗段堆石混凝土質(zhì)量符合設計要求。兩種檢測方法曲線為ρ試坑=ρ核+86，ρ核最小控制值為2 364 kg/m3。

堆石混凝土開始澆筑后，核子密度儀檢測結(jié)果見表3。

表3 堆石混凝土密度檢測結(jié)果

由表3數(shù)據(jù)可知，圍灘水電站大壩堆石混凝土施工質(zhì)量符合設計要求。

5 結(jié)語

堆石混凝土施工工藝在圍灘水電站的應用，不僅保證了工程質(zhì)量和施工進度，而且總結(jié)了一套堆石混凝土的施工工藝和質(zhì)量檢測方法，為更廣泛地推廣應用這一新型施工技術奠定了基礎。